Výskyt mědi v přírodě a její historický význam

Měď je kov, jenž je lidstvu známý již celých 6000 let, a který stál u začátku masivního rozvoje naší civilizace. Jeden by řekl, že jde sotva o téma, jehož by si měl zrovna hutník železa všímat, vida četná videa na téma snadné výroby nugetů čisté mědi v miniaturních píckách, ze směsi rozemletého malachitu a dřevěného uhlí, foukaje do zařízení vzduch pomocí prosté trubky vlastními plícemi. Malachitu! Onoho známého zeleného nerostu, jenž nachází i šperkařské využití.

Znaje však více o hloubkové stavbě ložisek mědi začne být jednomu jasné, že tento krásně barevný a snadno zhutnitelný uhličitan, jenž je přítomen pouze v povrchových partiích ložisek, prostě nemohl stačit masivní poptávce po tomto kovu po několik tisíciletí, a již vůbec ne s rozvojem velkých civilizací, kterou byla například Římská říše. Znaje složení primární rudy mědi, jenž musela začít být nakonec dobývána - chalkopyritu, sirníku obsahujícího jak měď tak železo, se nabízí otázka, po které se pídilo již mnoho historiků - jak vlastně přišlo lidstvo na hutnictví železa? Byla to náhoda, nebo přímý důsledek zpracovaní tohoto materiálu?

Avšak pěkně po pořádku - proč si lidstvo během mnoha tisíciletí nespojilo železo s žádnou rudou, na rozdíl od případu mědi, kterou již před tak dlouhou dobou začalo využívat? První otázku, tedy proč měď předcházela železu, zodpoví prosté zamyšlení nad tím, jak často lze najít železo v přírodě v jeho ryzí podobě. Železné meteority padající do Babylonie, Egypta a vůbec Sahary, kde jejich hledání usnadňuje přítomnost bílého písku a absence vegetace, zvýrazňující viditelnost těchto tmavých objektů, asi tehdy sotva vedla někoho spojit si daný kov spadlý z kosmu s výskytem některé z konkrétních pozemských železných rud.

Osamělý a ojedinělý výskyt ryzího železa na Eskymáky obývaném ostrově Disko u Grónska, kde průnik čedičů uhelnými slojemi způsobil jeho redukci a vznik až několikatunových bloků, asi sotva povede k všeobecnému závěru. Na rozdíl od případu mědi, kdy nugety ryzího kovu vždy doprovázely samotný malachit, jenž, dle historických zdrojů, začal být přesto nejdříve těžen pouze jako šperkový kámen v Jordánsku, v údolí Wadi Arabba, vděk své sytě zelené barvě.

Najednou ovšem bylo zdokumentováno, že poptávka po dané šperkové surovině ze strany kmene sídlícího na druhé straně pouště v údolí Ber’Sheva na protilehlém břehu Mrtvého moře náhle rapidně vzrostla, zhruba před 6000 lety. Toto je spojováno s tím, že pravděpodobně někomu šperk spadl do ohně, a díky snadné redukovatelnosti malachitu se v uhelném loži samovolně přeměnil na kov. Doba kamenná našla svého konce nejpozději poté, co bylo příslušníky daného kmene zjištěno, že se získaný materiál dá opakovaně přetavit a přetvarovat (Thompson 1958).

Čtěte také: Přírodní zdroje soli

Jednoduchý proces hutnění malachitu prostým ohřevem jeho prášku ve žhavých uhlíkách v kelímku za lehkého dmýchání do směsi vlastními plícemi, kdy se tento minerál nejprve oduhličil a přeměnil na oxid mědi, jenž byl posléze díky ušlechtilosti daného kovu snadno zredukován na přetavitelné kovové slitky, dlouho stačil, ne však navždy. Charakter měděného zrudnění se totiž se zvyšující se hloubkou dobývek, které zásobovaly stále větší poptávku, najednou začal měnit...

Na rozdíl od předtím hojně přítomných krásně barevných uhličitanů mědi (azurit, malachit aj.), nalezitelných v bohatých partiích limonitu - rudy železné avšak tehdy přehlížené - najednou pestré zbarvení se zvyšující se hloubkou zmizelo. Naši předci totiž vydobyli celou svrchní část ložiska, jeho ‚oxidační zónu‘, jejíž součástí je i takzvaný ‚železný klobouk‘, v mezinárodní geologické hantýrce označovaný pojmem 'gossan'. Nyní sestávala ruda z tmavých oxidů mědi a její ryzí formy, což je ale jistě též velmi těšilo. Ne však nadlouho. Tato většinou dosti bohatá zóna ložiska - zóna cementační - má totiž též omezenou hloubku.

Nevyhnutelně nakonec narazili na rudu primární. A najednou se tavby přestaly dařit... Primární ruda - nejčastěji chalkopyrit se vzorcem CuFeS2 - je totiž sulfid (sirník), nikoliv oxid. Sotva s jejich znalostmi mohli naši předci tušit, že ony bohaté a snadno redukovatelné rudní polohy u povrchu ložiska, jež již vytěžili, byly vytvořeny za notné pomoci přírody, kdy déšť , oxid uhličitý a kyslík rozpuštěný v zasakující vodě již původní chalkopyrit zcela zoxidovaly a rozložily na směs nerozpustných oxidů mědi, železa a barevných uhličitanů včetně onoho malachitu, odnášeje síru do hlubin v podobě kyseliny sírové.

Vznikla tak nejsvrchnější, oxidační zóna ložiska. Zasakující voda poměrně velké kyselosti však v hloubce narazila na hladinu podzemní vody odlišných vlastností a pH, což způsobilo vysrážení se oxidů mědi a jejích ryzích nugetů, vytvořiv tak onu poměrně bohatou cementační zónu ložiska. Pod touto hloubkou však již byl spotřebován zbytkový kyslík rozpuštěný ve vodě a kyselina byla zředěna či zneutralizována.

Nevěda nic o podstatě vzniku ložiskových zón popsaných výše, uvědomili si naši předci jistojistě alespoň jednu věc. Ač neznaje chemii, nemohli si nevšimnout, že po vhození daného minerálu do prostého ohně uniká v rámci kouře velmi ostře páchnoucí až štiplavý plyn, o němž dnes víme, že je to oxid siřičitý (SO2). Výsledná tmavě šedá tavenina po pokusu o její redukci nějakou tu slitinu kovu poskytla, avšak stále málo. Nicméně to byl pokrok, který naznačil, že pražení rudy v ohni před její redukcí v peci dokáže způsobit vznik kovu i z této podivné hmoty. Že naši předci nakonec uspěli, ukazuje skutečnost, že se dále těžilo a mědi bylo ažaž.

Čtěte také: Výskyt rtuti v přírodě

Jak se však přesně celý proces, nyní zcela vázán na práci s chalkopyritem, choval, jak výsledná měď vypadala, nakolik byla čistá a co se dělo s oním prvkem, který nyní byl již jako oxid též vždy přítomen v peci - železem, to vlastně nikdo přesně nezkusil napodobit, odkazuje se na různé domněnky související s chováním moderního hutního postupu pro měď, nebo použil technologii neslučitelnou s původním výrobním procesem, jako například provádění procesu v kelímku (Rostoker 1975). Je ovšem dokázáno, že nejstarší kované železné artefakty obsahují jehlicovité krystaly mědi.

Dle některých autorů pocházejí z malých železných hub, jenž, podobně jako dnes, vznikaly u dyzny, zatímco kapalná měď, struska a zbylý roztavený kamínek odtékaly do nižších částí nístěje, kde se po ukončení procesu na dně nacházel slitek mědi, nad ním kamínek a nakonec nejlehčí křemičitá struska, jenž se se sirnou taveninou (kamínkem) nemísí (podobně jako voda se nemísí s olejem) a plave na ní (Rehder 2000). Podle Tylecota (1992) je při přílišné teplotě v peci vyprodukována takzvaná ‚černá měd‘, nízkoteplotně se tavící slitina obou kovů, železa i mědi.

Prý se tomuto dá zabránit vedením tavby při nižší teplotě sotva přesahující bod tání mědi (1080°C), ale již nevysvětlil, jak by při tom měla být udržena v kapalné formě i struska, aniž by se pec a vstup vzduchu do ní ucpaly (srovnej s principem selhání tavby železa jako takové). Navíc to odporuje i naším objevům, kdy magnetické krůpěje právě této slitiny vznikly již i pouze v pražícím ohni za mnohem nižších teplot než v kusové peci, v rozporu s tvrzením výše uvedených autorů.

První pokus o něco takového, jako je výroba mědi z chalkopyritu z naší strany, proběhl v rámci týdne taveb v Ľubietové na Slovensku v roce 2014. Starosta Palo Zajac zajistil dodání asi 15 kg rudy z dolu Hodruša-Hamre, kde je sice pozornost věnována zlatu, ale chalkopyrit je hojně přítomen. Ač se na první pohled zdálo, že je materiál dosti bohatý, nasvědčoval výsledek tavby po jednom pražení jasný opak. Velké nerozpuštěné kusy křemene indikovaly převahu hlušiny. Po přepražení podruhé již vznikla při druhé tavbě konkrece ze světle zeleného skla, v němž byly obsaženy drobné krůpěje kamínku.

Z nich některé dokonce poskytly drátky mědi, kterak se ještě v horkém stavu potkaly se vzduchem, po jejich vyjmutí z pece a rozbitím na jemnější kusy. Nicméně kamínku bylo přítomno velmi málo, pouze pár kapek, a projekt byl tedy opuštěn. Až donedávna byl problém vůbec sehnat vhodnou rudu dostatečně bohatou chalkopyritem a v dostatečném množství. To vyřešili až kolegové z Liptovského Jána, jezdící do Josefova trénovat pod naším vedením tavby železa, kteří vlastnoručně natěžili asi 15 kg opravdu kvalitní rudy z lokality Malužina. S tou jsme pracovali loni i letos.

Čtěte také: Recyklace kyseliny tereftalové

Je známo, že jakákoliv polymetalická ruda byla našimi předky nejprve drcena a hlušina poté ihned odstraněna rýžováním. Pak teprve přišlo na řadu hutní zpracování. To jsme ovšem ignorovali, neb byla naše surovina dostatečně bohatá. Po prvním a druhém pražení, kdy byly její kusy umístěny do hranice z čerstvých nerozštíplých polen, byla provedena první redukce. Během obou pražení začalo být jasné, že ruda příliš brzy padá ze zóny plamenů do uhlíkového lože, kde převládá redukce, a chalkopyrit i kamínek se přestávají rozkládat a jen se spékají do velkých černých hrud.

Během jejich drcení bylo k našemu překvapení nalezeno i několik slitků podivných magnetických kapek a závalků, jenž byly křehké, měly stříbřitý lom podobný bílé litině, ale byl to zjevně jiný kov. Poprvé vůbec jsme uzřeli takzvanou ‚černou měď‘. Po vlastní první tavbě výsledek ovšem nevypadal nijak valně. Oproti očekávání nálezu malé houby u dyzny, jenž by se snad dala překovat, a plochého slitku čisté mědi na dně nístěje, bylo přítomno na první pohled pouze velké množství sklovité husté strusky, spousta černošedé taveniny, a jinak nic.

Ovšem při drcení daného agregátu na další pražení byly nalezeny kapky slitiny kovu a dokonce i její 350g vážící nuget v místě původně nejhlouběji ležící části agregátu v nístěji pece. Je to rovněž černá měď. Sklovitá struska se dala drtit mnohem lépe než onen kamínek, vytvářející šedé krůpěje při bázi slitku. Nyní již chápeme, proč daná hmota nese takové označení. Cílem nyní bylo materiál pokud možno nadrtit najemno a zkusit odrýžovat skelnou strusku, abychom se zbavili materiálu, obsahujícího původní podíl hlušiny.

A zde se ukázalo, proč je nutno rýžování učinit již na surové rudě. Hustota strusky je natolik podobná hustotě kamínku, že nelze obě složky rýžováním efektivně oddělit od sebe, na rozdíl od případu, kdy by se byl odděloval chalkopyrit od křemene, kalcitu a případného barytu, z nichž původní hlušina sestávala. Proces však přece přinesl jedno velmi uspokojivé překvapení. Hojně přítomné rozličně velké kapky černé mědi vděk své hustotě oddělit šly, a výsledná hmotnost kovu činila 2,1 kg, což se již dá pokládat za úspěch, kór při prvním ‚vážně míněném‘ pokusu tohoto typu.

Najemno rozdrcený materiál i získaný kov byly letos na jaře opět podrobeny dvojímu pražení, za účelem odstranění další části síry ze zbylého kamínku. Jasně se projevilo, že po celých kulánech dřeva se ruda ihned prosype na bázi ohně a navíc se hranice téměř ihned sesune na jeden bok. Bylo tedy přejito k užití půlek špalků, s rovnou štěpnou plochou obrácenou vzhůru a posypanou hromádkami rudniny, která se tentokrát již nespékala. Toto umožnilo rudě setrvat mnohem déle v plamenech, kde probíhá oxidace a tedy spalování sirného podílu.

I v této fázi již však vyplynuly stěžejní skutečnosti pro celý proces a jeho posouzení stran historických událostí. Polymetalické rudy, i ty měděné, byly vždy rýžovány na koncentrát přímo na ložisku. Ačkoliv se soudí převážně na zakoncentrování materiálu jinak chudých žil s mnoha hlušinou pro efektivnější transport jen užitečného podílu k hutím, jeví se tento postup ještě před jakýmkoliv hutním zpracování jako zásadní i pro omezení množství nepotřebné křemičité strusky, jenž u tohoto typu hutního procesu, zdá se, pouze zavazí.

Ve zdejším případě musí materiál zůstat co nejdéle v zóně plamenů, kde probíhá oxidace síry a její odstranění ze systému ve formě plynného SO2. To, že se materiál posléze v uhlících speče, napovídá o stále významném množství sirné sloučeniny (kamínku) v přepraženém produktu. Navzdory tomu, že tři ze čtyř dosud provedených pražících pochodů neprobíhaly optimálně, je zřejmé, že je nutno alespoň tří cyklů oxidace v ohni a redukce v peci pro efektivní zisk kovu.

Tento je již i při pražení získáván jako slitina mědi se železem, nevyhnutelný produkt například i moderního tavení měďnoželezného šrotu ve firmách, jako je Montanwerke Brixlegg u Innsbrucku, kde jsem měl čest absolvovat asi tu nejlepší exkurzi do firemního provozu vůbec. Pro odstranění železa tam vypalují jeho podíl ve slitině jejím probubláváním kyslíkem v konvertoru, naznačuje, že slitinu s mědí železo vytvoří vždy, a je nutno jej teprve následně odstranit nějakou formou ‚vypálení‘, tedy oxidace, čemuž nevyhnutelně čelili i staří hutníci.

Tito ovšem poznali již i na černé mědi mnoho o železe samotném: tato slitina snadno rezaví, je magnetická a má stříbrnou barvu. Možná stačilo málo k tomu, že někdo dal poté cíleně do pece rezavý materiál - limonit - aby získal vůbec tu první opravdovou železnou houbu, očekávaje ale samozřejmě černou měď. Kdoví, zdali se dokonce i černá měď nedá zpracovávat deformováním za tepla - kováním, a k čemu možná vůbec byla původně vymyšlena kovářská výheň?

Nebyla to v prvopočátcích třeba právě oxidační pícka na vypálení podílu železa z černé mědi za svařovacích teplot proudem vzduchu z dyzny do tentokrát ale poměrně nízkého sloupce uhlí? A co když se tam najednou dostala právě i ona první železná houba, jsa stejně stříbrná jako černá měď, která při svařovací teplotě naopak následným zpracováváním či mačkáním hutněla a zlepšovala svoji kvalitu? Podobný princip vypalování jedné složky z druhé existuje i v někdejších zkujňovacích výhních, kde se ovšem vypaluje uhlík ze železa...

Navíc stran fyziky a chemie ani redukční pec nemusela kvůli přechodu na železo vůbec měnit svůj tvar a princip, stačilo vyměnit rudu, jenž byla redukována. Získané výsledky jsou zvláštní, zajímavé a inspirující. Bude třeba ještě mnoho úsilí, abychom si tento proces v prvé řadě osvojili, a poté jej precizně zdokumentovali.

Významné lokality výskytu železné rudy v ČR

• Cínovec (Zinnwald): Svůj název získala jak hora, tak nedaleké městečko podle dlouholeté tradice těžby kovů, zejména cínu, ale i stříbra a wolframu. První zmínky o těžbě pocházejí z roku 1378, naposledy se ruda těžila ještě v roce 1990 na lokalitě Cínovec-jih. Mezi nerudnými minerály dominuje tradiční křemen i v řadě krásných krystalových podob (zejména záhnědy), topaz, draselné živce a jílovité materiály (např. dickit či kaolinit).
• Krkonošský Černý důl (Schwarzenthal): Nalezneme asi 6 km severně od Vrchlabí, patřil po dlouhou dobu k významným českým rudným ložiskům. Železná ruda se zde dobývala již od konce 14. století, v polovině 16. K vytěžení však došlo již roku 1624. Od té doby byly doly víceméně opuštěné. Poslední pokus o znovuoživení těžební činnosti se odehrál v letech 1951-1958, kdy zde byla ověřována možnost těžby uranové rudy. Specialitou Černého dolu jsou vzácné nerosty, které vznikly v prostředí chudém na síru. Z Černého dolu byly díky tomu poprvé popsány čtyři arsenidy mědi. Kromě minerálů chudých na síru se zde však vyskytují i typické rudné nerosty, jako je např. galenit, sfalerit, pyrit, pyrhotin, tetraedrit.
• Oblast Karlovarska: Patří k v očích mineralogů k vůbec nejatraktivnějším místům dnešního Česka. V nedalekém Jáchymově probíhala těžba stříbrné a později i uranové rudy (1939-1962). Horní Slavkov, který leží opačným, tedy jižním směrem od Karlových Varů, byl zase od 10. století centrem těžby cínové rudy, k níž se v 16. Z hlediska milovníka minerálů je okolí Krásna místem až překrásným: patří totiž k lokalitám nejbohatším na druhovou pestrost minerálů. Významný podíl mají též obvyklé sulfidické minerály jako je arsenopyrit, sfalerit, chalkopyrit či stanin. Jejich rozpadem vzniká i řada sekundárních minerálů, např. skorodit, olivenit či libethenit.
• Okolí Jihlavy: S těžbou stříbronosných rud se v oblasti dnešní Jihlavy začalo ve 13. století. Zlaté časy jihlavského dobývání drahých kovů končí definitivně rokem 1783, kdy se úřad hormistra stěhuje do Brna. K hlavním rudným nerostům jihlavského revíru patřily tzv. »kyzy« (z německého Kies), tedy nerosty kovového vzhledu (zejména sulfidy, arsenidy a sirné soli). Tyto minerály lze pochopitelně stále nalézt na nejrůznějších místech v okolí.
• Velká jizerská louka: Je dnes součástí rezervace Rašeliniště Jizery, je proslulá zejména díky výskytu odrůdy korundu, safíru a zirkonů drahokamové kvality, které se zde rýžovaly z náplavů v meandrech Jizery. Dvě z jeho odrůd byly z tohoto místa dokonce popsány jako samostatné minerály. Jedná se iserín a iserit.
• Okolí Kutné Hory: Jen málokteré místo v Česku je pro své minerální bohatství tak proslulé, jako okolí Kutné Hory. S dolování se zde začalo již ve 14. století, svého naprostého vrcholu dosáhlo v polovině století šestnáctého. Haldy u Kaňku, vzniklé vytěžením žilných kyzových ložisek (tradiční pyrit, sfaletit, arsenopyrit, chalkopyrit, galenit atd.), jsou tzv. Prvním a nejstarším odtud popsaným je bukovskýit, dříve známý jako kutnohorská jedová hlinka, který vzniká zvětráváním arsenopyritu. Další 3 místní originály - kaňkit, zýkait a paraskorodit - patří také k sekundárním arsenovým minerálům, dlužno říci, že celosvětově velmi vzácným.
• Východní okolí Písku: Je protkáno pegmatitovými žílami, které mají podobné složení jako žuly. V době, kdy probíhala aktivní těžba, proto na milovníky minerálů zajímavé objevy jen pršely. Důl U obrázku je proslulý především nádhernými krystaly. K běžným nálezům patřily krystaly skorylu, berylu, monazitu, xenotimu či rutilu.
• Příbram: Význam příbramských dolů pro české země a jejich rozvoj je doslova klíčový. Jen málokteré mineralogické naleziště v Česku se může pochlubit tak pestrou paletou minerálů jako právě Příbram a její okolí. Hlavními rudnými nerosty jsou zde tradiční stříbronosný galenit a sfalerit, díle pak např. Mezi nerudnými minerály dominuje křemen, siderit, ankerit, kalcit, dolomit či baryt. Z místního přebohatého naleziště byly poprvé popsány minerály cronstedtit, diaforit, zoubekit a znucalit.

Minerály s českým původem

Některé minerály přímo svítí z učebnic jménem, v němž rozeznáme český původ.

• Bílinit: je jeden z mnoha tzv. vodnatých sulfátů. Původně byl popsán z lokality Světec u Bíliny v severních Čechách.
• Heyrovskýit: je sulfid bismutu a olova, který byl poprvé popsán z křemenných žil z lokality Hůrky u Čisté nedaleko středočeského Rakovníka.
• Cyrilovit: se vyskytuje v granitických pegmatitech, kde tvoří drobné krystalky, povlaky a kůry. Jeho název je odvozen od vesničky Cyrilov v okrese Žďár nad Sázavou.
• Čechit: je minerál z řady descloizitu, který byl poprvé popsán z hald ve Vrančicích u Příbrami. Svůj název nezískal po naší zemi, ale po českém mineralogovi prof.
• Kaňkit: byl poprvé popsán z hald v okolí Kutné Hory z blízkosti vrchu Kaňku.
• Kutnohorit: byl poprvé popsán ve středočeské Kutné Hoře.
• Nováčekit: získal svůj mezinárodní název podle českého mineraloga prof.
• Povondrait: získal svůj název podle českého chemika a mineraloga doc.
• Sekaninait: byl nazván na počest významného českého mineraloga prof.
• Tschermigit (čermíkit): je znám především ze severních Čech, např. Mostu či Bíliny.

tags: #výskyt #medi #v #přírodě #lokality

Oblíbené příspěvky:

• Postup ekologické likvidace vozidla
• Přehled odpadového hospodářství
• Výluky Brno a okolí
• Přírodní léčitelství: Bylinky
• Přírodopisné dokumenty Jiřího Žemánka